專利名稱：基于失重艙的蠟燭自動(dòng)點(diǎn)火裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種物理演示實(shí)驗(yàn)裝置，特別涉及一種失重環(huán)境下的蠟燭 點(diǎn)火演示實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
教育部2005年《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》的實(shí)驗(yàn)部分要求學(xué)生了解太空艙 或人造衛(wèi)星中進(jìn)行微重力條件下的實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)有的失重實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示器的實(shí)驗(yàn)艙 按照飛行器設(shè)計(jì)要點(diǎn)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)有放置蠟燭芯的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，與蠟燭芯處于 同一水平高度的實(shí)時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的攝像頭及電源，在實(shí)驗(yàn)艙的艙壁上設(shè)有用 于人工點(diǎn)火的點(diǎn)火孔，進(jìn)行失重條件下的點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)時(shí)有實(shí)驗(yàn)操作者利用點(diǎn)火槍
透過點(diǎn)火孔點(diǎn)燃蠟燭芯，該手動(dòng)蠟燭點(diǎn)燃方式存在如下的缺陷
由于該實(shí)驗(yàn)作為一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，通常將實(shí)驗(yàn)艙懸掛在距離地面2米左右的 高處，為了觀測(cè)到真實(shí)的蠟燭在失重狀態(tài)下的燃燒時(shí)的火焰形狀，該演示實(shí)驗(yàn) 要求在失重狀態(tài)下點(diǎn)燃蠟燭，也就是說只有在實(shí)驗(yàn)艙作自由落體運(yùn)動(dòng)時(shí)點(diǎn)燃蠟 燭才能夠觀察到真正的失重狀態(tài)下的蠟燭燃燒現(xiàn)象，而實(shí)驗(yàn)艙從2米的高處下 落到地面的時(shí)間只有0.6秒，要在如此短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)手動(dòng)點(diǎn)火很容易出現(xiàn)差 錯(cuò)，以至于實(shí)驗(yàn)難以操作。
由于上述缺陷導(dǎo)致許多高中物理教師不愿意在課堂上進(jìn)行失重狀態(tài)下蠟燭 點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)的演示，從而導(dǎo)致學(xué)生無法對(duì)處于失重狀態(tài)下蠟燭燃燒的狀態(tài)有一個(gè)
直觀的認(rèn)識(shí)，因此簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)操作過程、提高實(shí)驗(yàn)的可操作性已經(jīng)成為一種必要。 實(shí)用新型目的
本實(shí)用新型的目的在于提供一種用計(jì)算機(jī)程控的辦法來解決上述問題的 自動(dòng)化控制程度高、操作簡(jiǎn)單、精度高的失重實(shí)驗(yàn)演示裝置，不僅能夠?qū)崟r(shí)顯 示實(shí)驗(yàn)圖像，而且還能夠?qū)?shí)驗(yàn)進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制。
這種基于失重艙的蠟燭自動(dòng)點(diǎn)火裝置，主要包括一個(gè)形狀類似于飛行器的 實(shí)驗(yàn)艙l，實(shí)驗(yàn)艙l內(nèi)有放置蠟燭芯4的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)3，與蠟燭芯4處于同一水平 高度的實(shí)時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的攝像頭7及電源2，其特征在于所述的蠟燭芯4的 一側(cè)有一電熱絲5。
所述的蠟燭芯4的另一側(cè)設(shè)有一常閉型雙金屬片熱繼電器6。
所述的實(shí)驗(yàn)艙1內(nèi)部的側(cè)壁上安裝有干簧繼電器12。
所述的實(shí)驗(yàn)艙1外部相對(duì)并低于所述干簧繼電器12的位置設(shè)置有一電磁鐵8。
所述的電熱絲5與蠟燭芯4之間的距離在0.1-lmm之間。 所述的常閉型雙金屬片熱繼電器6與蠟燭芯4之間的距離在3-8mm之間。 所述的電熱絲5和電磁繼電器的常開觸點(diǎn)a9串聯(lián)構(gòu)成電路A; 干簧繼電
器12與電磁繼電器11的常開觸點(diǎn)b10并聯(lián)后和常閉型雙金屬片熱繼電器6及
電磁繼電器ll的線圈串聯(lián)構(gòu)成電路B。
所述的電路A和電路B可以是由兩個(gè)電源供電的獨(dú)立電路，也可以是由同
一電源供電電路的兩個(gè)支路。
所述的電磁鐵8離實(shí)驗(yàn)艙1的外壁5-10mm。 所述的電磁鐵8的線圈經(jīng)控制電路連接至電源。 所述的控制電路為計(jì)算機(jī)。
所述的電池組2有三個(gè)，電池組a為攝像機(jī)的供電電池組，電池組b和電 池組c分別為電路a和電路b的供電電池組。
電磁鐵8的線圈的兩端由計(jì)算機(jī)或PLC程控器的控制電路連接電源，通過 控制直流電流的接通切斷及接通時(shí)間的長(zhǎng)短，實(shí)現(xiàn)蠟燭的自動(dòng)點(diǎn)火過程，大大 減少了手工點(diǎn)火的繁瑣步驟，提高了實(shí)驗(yàn)的可操作性。
根據(jù)以上技術(shù)方案設(shè)計(jì)的這種基于失重艙的蠟燭自動(dòng)點(diǎn)火裝置，與目前己 有的失重實(shí)驗(yàn)教學(xué)演示器相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)
實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)程控，通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)蠟燭的自動(dòng)點(diǎn)火過程，其工作時(shí)刻精 確到毫秒級(jí)，消除了實(shí)驗(yàn)過程中涉及手工操作的步驟，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)操作過程， 提高了實(shí)驗(yàn)的可操作性。


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實(shí)用新型的自動(dòng)點(diǎn)火電的原理圖。
圖中1、實(shí)驗(yàn)艙 2、電源 3、實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 4、蠟燭芯 5、電熱
絲 6、常閉型雙金屬片熱繼電器 7、攝像機(jī) 8、電磁鐵 9、常開觸 點(diǎn)a 10、常開觸點(diǎn)b 11、電磁繼電器 12、干簧繼電器
具體實(shí)施方式
按照如圖1和圖2所示的基于失重艙的蠟燭自動(dòng)點(diǎn)火裝置，控制器采用自 制的CRD驅(qū)動(dòng)器，并在計(jì)算機(jī)上編寫好相應(yīng)的控制程序。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)演示時(shí)，首 先將整個(gè)實(shí)驗(yàn)艙固定在2.5m的高處，電磁鐵安裝在實(shí)驗(yàn)艙外靠近艙體內(nèi)干簧繼
電器的一側(cè)，以確保電磁鐵與干簧繼電器的距離足夠近使得磁場(chǎng)力能夠?qū)⒊ｉ_ 的干簧繼電器閉合。實(shí)驗(yàn)時(shí)啟動(dòng)下落組件使艙體做自由落體運(yùn)動(dòng)，同時(shí)通過發(fā)
出點(diǎn)火指令，由CRD驅(qū)動(dòng)器輸出直流電流，電磁鐵通電后被磁化，產(chǎn)生磁場(chǎng)，
當(dāng)艙體中的干簧繼電器(磁感應(yīng)開關(guān))下落至與電磁鐵足夠近時(shí)，受磁場(chǎng)力的
作用干簧繼電器的常開開關(guān)閉合，此時(shí)電磁繼電器與干簧繼電器組成的電路a 形成閉合回路，電磁繼電器的線圈獲得電流，線圈通電后產(chǎn)生的磁場(chǎng)力使得電 磁繼電器銜鐵的兩個(gè)常開觸點(diǎn)a和常開觸點(diǎn)b同時(shí)閉合，常開觸點(diǎn)a閉合使電 熱絲被加熱，常開觸點(diǎn)b閉合使電磁繼電器自鎖，即電磁繼電器通電使常開觸點(diǎn)b 閉合，由于常開觸點(diǎn)b串聯(lián)在電路中，所以使電磁繼電器繼續(xù)通電，此時(shí)電磁鐵 己離開，干簧管觸點(diǎn)斷幵，由于繼電器自鎖，所以常開觸點(diǎn)a仍舊閉合使電熱 絲加熱。當(dāng)電熱絲加熱到一定溫度時(shí)，將其旁邊的蠟燭芯點(diǎn)燃，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)點(diǎn)火 過程。為了防止持續(xù)加熱燒壞電熱絲或加速電熱絲的老化，將常閉型雙金屬片 熱繼電器安裝在蠟燭芯的另一側(cè)，當(dāng)蠟燭燃燒一定時(shí)間后，其釋放的熱量足以 使位于蠟燭芯旁邊的常閉型雙金屬片熱繼電器的簧片由于受熱膨脹而斷開，將 電路切斷。
本實(shí)用新型通過控制驅(qū)動(dòng)器控制直流電流的接通切斷及接通時(shí)間的長(zhǎng)短， 實(shí)現(xiàn)了失重環(huán)境下的蠟燭自動(dòng)點(diǎn)火過程，大大減少了手工點(diǎn)火的繁瑣步驟，簡(jiǎn) 化了實(shí)驗(yàn)中手工操作的步驟，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的自動(dòng)化控制，提高了實(shí)驗(yàn)的可操作 性和真實(shí)性。由于其操作簡(jiǎn)單、精度高該失重條件下的蠟燭自動(dòng)點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)裝置 還可用于科技館等場(chǎng)所開展科普教育活動(dòng)的失重實(shí)驗(yàn)演示裝置。
此外，本實(shí)用新型不僅適用于蠟燭自動(dòng)點(diǎn)火裝置，對(duì)于其他類似的自動(dòng)點(diǎn) 火裝置，只要采用了電熱絲、常閉型雙金屬片熱繼電器和電磁繼電器實(shí)現(xiàn)能夠 自動(dòng)點(diǎn)火及斷開，也屬本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1、一種基于失重艙的蠟燭自動(dòng)點(diǎn)火裝置，主要包括一個(gè)形狀類似于飛行器的實(shí)驗(yàn)艙(1)，實(shí)驗(yàn)艙(1)內(nèi)有放置蠟燭芯(4)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)(3)，與蠟燭芯(4)處于同一水平高度的實(shí)時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的攝像頭(7)及電源，其特征在于所述的蠟燭芯(4)的一側(cè)有一電熱絲(5)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于失重艙的蠟燭自動(dòng)點(diǎn)火裝置，其特征在于所述的蠟燭芯(4)的另一側(cè)設(shè)有一常閉型雙金屬片熱繼電器(6)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于失重艙的蠟燭自動(dòng)點(diǎn)火裝置，其特征在于所述的實(shí)驗(yàn)艙(1)內(nèi)部的側(cè)壁上安裝有干簧繼電器(12)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的基于失重艙的蠟燭自動(dòng)點(diǎn)火裝置，其特征 在于所述的實(shí)驗(yàn)艙(1)外部，相對(duì)并低于所述干簧繼電器(12)的位置設(shè)置 有一電磁鐵(8)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于失重艙的蠟燭自動(dòng)點(diǎn)火裝置，其特征在于 所述的電熱絲(5)與蠟燭芯(4)之間的距離在0.1-lmm之間。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于失重艙的蠟燭自動(dòng)點(diǎn)火裝置，其特征在于 所述的常閉型雙金屬片熱繼電器(6)與蠟燭芯(4)之間的距離在3-8mm之間。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于失重艙的蠟燭自動(dòng)點(diǎn)火裝置，其 特征在于所述的電熱絲(5)和電磁繼電器的常開觸點(diǎn)a (9)串聯(lián)構(gòu)成電路A; 干簧繼電器(12)與電磁繼電器(11)的常開觸點(diǎn)b (10)并聯(lián)后和常閉型雙金 屬片熱繼電器(6)及電磁繼電器(11)的線圈串聯(lián)構(gòu)成電路B。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于失重艙的蠟燭自動(dòng)點(diǎn)火裝置，其特征在于 所述的電路A和電路B可以是由兩個(gè)電源供電的獨(dú)立電路，也可以是由同一電 源供電電路的兩個(gè)支路。
9、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于失重艙的蠟燭自動(dòng)點(diǎn)火裝置，其特征在于:所述的電磁鐵(8)離實(shí)驗(yàn)艙(1)的外壁5-10mm。
10、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于失重艙的蠟燭自動(dòng)點(diǎn)火裝置，其特征在于:所述的電磁鐵(8)的線圈經(jīng)控制電路連接至電源。
11、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的基于失重艙的蠟燭自動(dòng)點(diǎn)火裝置，其特征在 于所述的控制電路為計(jì)算機(jī)。 、
12、 根據(jù)權(quán)利要求10所述的基于失重艙的蠟燭自動(dòng)點(diǎn)火裝置，其特征在 于所述的控制電路為PLC程控器。
專利摘要一種基于失重艙的蠟燭自動(dòng)點(diǎn)火裝置，主要包括一個(gè)按照飛行器設(shè)計(jì)要點(diǎn)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)艙，實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)有放置蠟燭芯的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，與蠟燭芯處于同一水平高度的實(shí)時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的攝像頭及電源，其特征在于所述的蠟燭芯旁有一電熱絲和一常閉型雙金屬片熱繼電器，電熱絲和電磁繼電器的常開觸點(diǎn)a串聯(lián)構(gòu)成電路A；干簧繼電器與電磁繼電器的常開觸點(diǎn)b并聯(lián)后和常閉型雙金屬片熱繼電器及電磁繼電器的線圈串聯(lián)構(gòu)成電路B。在實(shí)驗(yàn)艙外部設(shè)有電磁鐵，電磁鐵線圈的兩端經(jīng)控制電路接至電源。通過在控制電流的接通切斷及接通時(shí)間的長(zhǎng)短，實(shí)現(xiàn)蠟燭自動(dòng)點(diǎn)火過程，大大減少了手工點(diǎn)火的繁瑣步驟，提高了實(shí)驗(yàn)的可操作性。
文檔編號(hào)G09B23/00GK201191467SQ20082005622
公開日2009年2月4日 申請(qǐng)日期2008年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月14日
發(fā)明者吳可治, 徐江鹿 申請(qǐng)人:上海市南洋模范中學(xué)